A pajzsmirigy a hipotalamusz-hipofízis-pajzsmirigy tengely egyik összetevője, amely a negatív visszacsatolású szabályozórendszer egyik legjobb példája. A tiroxin és a trijódtironin pajzsmirigy általi termelését és szekrécióját a hipotalamusz tirotropin-felszabadító hormon és az elülső agyalapi mirigy hormon tirotropin serkenti. A pajzsmirigyhormonok viszont gátolják mind a tirotropin-felszabadító hormon, mind a tirotropin termelését és kiválasztását. A csökkent pajzsmirigyhormon-termelés fokozott tirotropin-szekréciót és ezáltal fokozott pajzsmirigyhormon-szekréciót eredményez. Ez visszaállítja a szérum pajzsmirigyhormon-koncentrációt a normális szintre (ha a pajzsmirigy nem károsodott súlyosan). Ezzel szemben a pajzsmirigyhormon fokozott termelése vagy nagy dózisú pajzsmirigyhormon adása gátolja a tirotropin szekrécióját. E gátlás eredményeként a szérum pajzsmirigyhormon-koncentráció a normális szintek felé csökkenhet. A pajzsmirigyhormon és a tirotropin közötti összetett kölcsönhatások a szérum pajzsmirigyhormon-koncentrációt szűk határok között tartják. Ha azonban a pajzsmirigy súlyosan károsodik, vagy ha a tirotropin stimulációtól független túlzott pajzsmirigyhormon-termelés történik, hypothyreosis (pajzsmirigyhiány) vagy hyperthyreosis (pajzsmirigy-túltermelés) következik be.
Amint fentebb említettük, a naponta termelt triiodtironin nagy része a tiroxin dejódosításával keletkezik az extrathyreoidális szövetekben. A tiroxin trijódtironinná történő átalakulása jelentősen csökken számos kedvezőtlen körülmény, például alultápláltság, sérülés vagy betegség (beleértve a fertőzéseket, a rákot és a máj-, szív- és vesebetegségeket) hatására. A trijódtironin termelődését gátolja az éhezés és számos gyógyszer, különösen az amiodaron, a szívritmuszavarban szenvedő betegek kezelésére használt gyógyszer is. Mindegyik ilyen helyzetben csökken a szérum- és szöveti trijódtironin-koncentráció. A trijódtironin-termelésnek ez a csökkenése előnyös alkalmazkodás lehet az éhezéshez és a betegségekhez, mivel csökkenti a fehérjék lebontását és lassítja a tápanyagok hőtermelésre való felhasználását, ezáltal fenntartja a szövetek épségét és megőrzi az energiaforrásokat.
A magzati pajzsmirigy körülbelül a terhesség 12. hetében kezd el működni, és funkciója ezt követően fokozatosan növekszik. A születést követő perceken belül hirtelen megugrik a tirotropin szekréciója, amit a szérum tiroxin és trijódtironin koncentrációjának jelentős emelkedése követ. A pajzsmirigyhormonok koncentrációja ezután fokozatosan csökken, és a pubertás idején éri el a felnőttkori értékeket. A pajzsmirigyhormon-szekréció terhes nőknél fokozódik. Ezért a pajzsmirigyhiányos nőknek, akik teherbe esnek, általában nagyobb dózisú pajzsmirigyhormonra van szükségük, mint amikor nem terhesek. Idősebb felnőtteknél a pajzsmirigy szekréciója alig változik a fiatalabbakhoz képest.